Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Чистый молибден представляет собой светло-серый металл, достаточно твердый для металла (4.5 единиц твёрдости по шкале Мооса), но, по мере очистки от примесей и «хвостов» становящийся более мягким. Молибден относится к тугоплавким металлам, его температура плавления 2620 °C, а температура кипения — 4639 °C. Металлический молибден используется для легирования сталей, а также как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Взгляните на лампочку накаливания — твёрдые и прочные куски проволоки, которые поддерживают вольфрамовую нить накаливания, обычно сделаны из молибдена.

Одни соединения молибдена находят применение как катализаторы нефтепереработки, другие помогают работать продуктам переработки нефти — добавка сульфидов молибдена в смазочные масла позволяет увеличить их коэффициент скольжения, не давая углеводородам загустеть, перегреться и воспламениться от трения.

Тем не менее, самое главное применение молибдена, то, благодаря которому возможна жизнь на Земле, появилось без участия человека и задолго до его появления. Будучи переходным металлом, способным принимать различные степени окисления, молибден работает в активных центрах ферментов, включая активные центры ферментов-нитрогеназ, позволяющих азотфиксирующим бактериям усваивать атмосферный азот, не только получая из него жизненно свои собственные азотсодержащие соединения — аминокислоты и азотистые основания, но образуя те производные азота, которые могут усваиваться растениями. Выросшие, потребляя связанный с участием молибдена почвенный азот, некоторые растения попадают нам на стол, а некоторые поедаются животными, которые тоже могут оказаться у нас на столе, то есть содержащие молибден ферменты-нитрогеназы обеспечивают и работу пищевых цепей, и круговорот азота в природе. Изучая строение активного центра нитрогеназ, исследователи пытаются имитировать их, получив низкомолекулярные комплексы, способные превращать атмосферный азот в его соединения (в целом, подход, при котором идею для разработки химического метода или вещества берут у природы, называется биомиметическим), однако получить катализатор, который бы помогал связывать азот в столь мягких условиях, при которых справляются ферменты, не получается, а жаль — низкотемпературное связывание азота стало бы такой же революцией в химической технологии, какой в своё время стал процесс Боша-Габера (см. главу про азот). Содержащие молибден ферменты встречаются не только у бактерий. В организме человека молибденсодержащий фермент ксантиноксидаза участвует в обмене пуриновых оснований, а нарушение его работы может приводить к накоплению в суставах солей мочевой кислоты — уратов и развитию «болезни королей» — подагрического артрита, более известного как подагра.

43. Технеций

В 1860–70 года систематизировать химические элементы пытался (и весьма успешно) не только Менделеев. Так, в 1870 немецкий химик Лотар Мейер опубликовал статью «Природа элементов как функция их атомного веса», в которой приводились рассуждения практически аналогичные менделеевским. В 1882 году Лондонское королевское общество присудило золотые медали Дэви совместно Менделееву и Мейеру с формулировкой « За открытие периодических соотношений атомных весов ».

Позже, в XX веке, создателем Периодической системы среди мировой научной общественности стал считаться уже только Менделеев, а про Мейера, как автора Периодической системы в наше время чаще вспоминают разве что в Германии. В чем причина? То, и у Мейера, и у Менделеева начиналось как попытка простой систематизации, у Мейера систематизацией им закончилось, а Дмитрий Иванович смог разглядеть в системе фундаментальный закон, который и использовал для предсказаний свойств неоткрытых еще элементов. Наиболее исчерпывающие предсказания Менделеев дал для свойств четырёх к тому времени неизвестных элементов. О трёх из них — галлии, скандии и германии, уже было рассказано выше, а теперь пришла пора рассказать про предсказание, которому не так повезло (естественно — не по вине Дмитрия Ивановича). Четвёртый элемент, свойства которого в деталях предсказал Менделеев был элемент № 43, названный экамарганцем.

После открытия галлия, скандия и германия и превращения Периодической системы из средства систематизации в фундаментальный закон поиски экамарганца начались с утроенной силой. В 1909 году профессор Токийского университета Масатака Огава, большой поклонник идей Менделеева, заявил, что, анализируя минералы торианит, реинит и молибденит, обнаружил элемент № 43, который назвал «ниппонием» ( nipponium, Np ), однако открытие не было подтверждено. Как показали исследования 2004 года ( Spectrochimica Acta Part B, 2004, 59, 1305–1310 ), «ниппоний» Огавы — это на самом деле открытый еще в 1871 году рений. В 1925 году немецкие химики Ида Ноддак и Отто Берг сообщили об обнаружении элемента № 43 в уральской самородной платине, назвав его мазурием ( masurium, Ма ) и их открытие тоже не подтвердилось.

С развитием физики стало понятно, почему экамарганец не дается в руки химикам — оказалось, что этот элемент не должен иметь стабильных изотопов. В конце концов элемент № 43 был обнаружен только в 1937 году, причём не химиками, а физиками. Первооткрывателями экамарганца считаются Карло Перрье и Эмилио Сегре из Университета Палермо, получившие его из молибденовой мишени, облучая на ускорителе-циклотроне ядрами дейтерия. В 1936 году Сегре посетил лабораторию Эрнста Лоуренса и принял участие в эксперименте по облучению молибдена. В начале 1937 года Лоуренс переслал Сегре образец молибденовой фольги. Сам Сегре больше разбирался в физике (в 1959 он ещё успеет получить Нобелевскую премию по физике за открытие антипротона), однако вдвоем с минералогом Перрье он обнаружил в образце два радиоактивных изотопа элемента № 43, который было предложено назвать технецием ( Nature, 1937, 140: 193–194 ).

Название происходит от греческого слова «искусственный», оно подчёркивало то, что технеций был первым химическим элементом, полученным человеком. Однако, несмотря на название, следовые количества технеция все же содержатся в земной коре. Технеций — продукт самопроизвольного распада урана, и, хотя у этого элемента нет устойчивых изотопов, из каждого килограмма руды урана — урановой смолки, если сильно постараться можно извлечь 0.2 нанограмма технеция, который, впрочем, быстро распадется сам. С развитием атомной энергетики содержание технеция в земной коре стало расти — элемент № 43 содержится в отработанном ядерном топливе, и, по оценкам химиков и физиков, только на атомных электростанциях за последнюю половину столетия было «наработано» несколько тонн технеция.